JPH09190823A - 電池用電極基板 - Google Patents

電池用電極基板

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JPH09190823A
JPH09190823A JP8003120A JP312096A JPH09190823A JP H09190823 A JPH09190823 A JP H09190823A JP 8003120 A JP8003120 A JP 8003120A JP 312096 A JP312096 A JP 312096A JP H09190823 A JPH09190823 A JP H09190823A
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JP
Japan
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battery
layer
metal
porous
electrode substrate
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Pending
Application number
JP8003120A
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English (en)
Inventor
Keizo Harada
敬三 原田
Kenichi Watanabe
渡辺  賢一
Seisaku Yamanaka
正策 山中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高価なNiの使用量を低減し、かつ品質
面では従来のNi多孔体を用いた場合と同程度の電池用
電極基板を提供する。 【解決手段】 電池用集電体に用いる活物質保持体であ
って、気孔率90%以上の連通気孔を有し1cm当たり
の気孔数が10個以上である金属多孔体構造を有し、多
孔体の骨格内部を、98%以上の純度を有するFeを主
成分とし、Co,Cr,Ni,Cuの内少なくとも1種
以上の不純物金属を1.5wt%以下の濃度で含有して
いるFe層とし、その最表層部がNiで被覆されている
ことを特徴とする電池用電極基板。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ニッケル−カドミ
ウム電池、ニッケル−亜鉛電池、ニッケル−水素電池な
どのアルカリ蓄電池などに用いる電池用電極基板に関す
る。
【0002】
【従来の技術】各種の電源として使われる蓄電池として
鉛畜電池とアルカリ畜電池がある。このうちアルカリ蓄
電池は高信頼性が期待でき、小形軽量化も可能などの理
由で小型電池は各種ポータブル機器用に、大型は産業用
として広く使われてきた。
【0003】このアルカリ蓄電池において、負極として
はカドミウムの他に亜鉛、鉄、水素などが対象となって
いる。しかし正極としては一部空気極や酸化銀極なども
取り上げられているがほとんどの場合ニッケル極であ
る。ポケット式から焼結式に代わって特性が向上し、さ
らに密閉化が可能になるとともに用途も広がった。
【0004】一方、90%以上の高気孔率を持つ発泡状
もしくは繊維状のNi基板が電池用電極として採用さ
れ、電池高容量化に貢献している。このような高気孔率
を有するNi多孔体基板の製造方法としては、特開昭5
7−174484号公報に開示されているメッキ法によ
るものと、特公昭38−17554号公報等に開示され
ている焼結法によるものがある。メッキ法ではウレタン
フォームなどの発泡樹脂の骨格表面にカーボン粉末等を
塗着する事により導電化処理を行い、その上に電気メッ
キ法によりNiを電析させ、その後発泡樹脂を及びカー
ボンを消失させ、金属多孔体を得るという方法である。
一方、焼結法ではスラリー化したNi粉末をウレタンフォー
ムなどの発泡樹脂の骨格表面に含浸塗布し、その後加熱
する事によりNi粉末を焼結している。
【0005】
【発明が解決しょうとしている課題】従来技術に示した
通りNi多孔体を電池用極板として適用することによ
り、電池の高容量化に果たした寄与は大きい。しかしな
がら、Ni金属が高価であること、また、将来電気自動
車用などにこれらのアルカリ蓄電池が採用される場合、
その使用量は膨大な量となることが予想され、資源的に
も問題がある。本発明は、このような問題に対処すべく
なされたもので、高価なニッケルの使用量を大幅に低減
し、かつ品質面では従来のNi金属多孔体と同程度の電
池用電極基板を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意検討し
た結果、アルカリ二次電池用電極基板として、骨格内部
がFeであって、その最表面部がNiで被覆されている
複層金属多孔体を利用することが、内部骨格となるFe
は安価でかつ資源的にも豊富であることから、上記問題
点を解決するのに有効であることを見出し、本発明に至
った。
【0007】すなわち、本発明は、(1)電池用集電体
に用いる活物質保持体であって、気孔率90%以上の連
通気孔を有し1cm当たりの気孔数が10個以上である
金属多孔体構造を有し、多孔体の骨格内部を、98%以
上の純度を有するFeを主成分とし、Co,Cr,N
i,Cuの内少なくとも1種以上の不純物金属を1.5
wt%以下の濃度で含有しているFe層とし、その最表
層部がNiで被覆されていることを特徴とする電池用電
極基板、(2)上記(1)記載の金属多孔体構造におい
て、Fe層の表面にZn層が被覆されており、骨格部の
金属がFe/Zn/Niの3層構造となっていることを
特徴とする電池用電極基板、(3)上記(1)、(2)
記載のNi被覆層の平均厚みが0.1μm以上10μm
以下であることを特徴とする電池用電極基板、(4)上
記(2)記載のZn層の平均厚みが0.1μm以上であ
ることを特徴とする電池用電極基板、に関する。
【0008】尚、多孔体骨格部が金属複層構造よりなる
多孔体構造については、例えば従来技術として特開平2
−93006のような殺菌用としての提案があるが、電
池用電極基板として適用するためには、以下に述べるよ
うな格別の工夫が必要であることから、従来技術をその
まま適用することはできない。
【0009】本発明では90%以上の連通気孔でかつ1
cm当たりの気孔数が10個以上という微細な孔径から
なる金属多孔体構造を用いることにより、電池活物質の
保持性を上げかつより多くの活物質を充填を可能とし、
電池としてのサイクル寿命及び電池容量を飛躍的に向上
させることができる。金属多孔体骨格の主部となるFe
は安価で資源的に豊富であることから、電池用電極基板
として安価にかつ大量に供給することが可能である。電
池中のアルカリ電解液に直接接する骨格部最表面のNi
皮膜は、強アルカリ溶液中での耐食性が極めて良いた
め、電極基板としての金属多孔体を電池内部で安定に維
持できる。すなわち、Feは電池内のアルカリ電解液中
では酸化還元され電気化学的には不安定であることか
ら、その最表面へのNiを被覆により電極としての耐食
性を上げ、電池としての寿命特性等を向上させることが
可能となる。
【0010】ここで、Feの露出部はゼロであることが
好ましいが、実際の基板作製の観点から露出部をゼロに
するのは難しく、ある程度Fe部が露出するのは避けが
たい。しかしながら、Feの露出部は、電池内のアルカ
リ電解液中で腐食されることにより、a.Feの溶出に
よる自己放電の発生や、寿命特性の劣化,b.溶出した
Feの不動態化による集電特性の劣化、c.酸素過電圧
の低下による充電受け入れ性の低下などを引き起こし電
池特性の低下を招く。
【0011】そこで、本発明者らは、Feが一部露出し
ていても所望の電池性能を確保できる金属多孔体構造と
して、(1)多孔体の骨格内部を、98%以上の純度を有
するFeを主成分とし、Co,Cr,Ni,Cuの内少
なくとも1種以上の不純物金属を1.5wt%以下の濃
度で含有しているFe層とし、その最表層部がNiで被
覆されている構造、より好ましくは、(2)前記Fe層の
表面にZn層が被覆されており、骨格部の金属がFe/
Zn/Niの3層構造となっている構造、とする電池用
電極基板を見いだした。
【0012】Fe層中のCo,Cr,Ni,Cuからな
る1種以上の不純物金属は、不可避的に露出しているF
e部のアルカリ電解液中での電気化学反応における溶出
を低減する効果があることを見いだした。これ等の不純
物金属は、Fe層の不動態皮膜をより強固なものとする
作用効果があり結果的にFe露出部からのFeの溶出量
が低減できる。
【0013】また、Fe層の表面にZn層を形成するこ
とにより、より卑な電位を持つZnが優先的に溶出する
ため結果的にFeの溶出を防止することが可能となる。
ここで、Feの代わりに溶出するZn自体は、電池特性
上ほとんど悪影響を及ぼさないことが判明している。
【0014】電極基板の電気抵抗は電池性能、特に出力
特性に大きく影響を及ぼすことから、多孔体骨格となる
Feの純度は98%以上とすることが好ましく、これに
より低電気抵抗を実現する。また、Ni被覆厚みについ
ては、0.1μm以上10μm以下が好ましい。0.1
μm以下では耐食性が十分でないため、10μm以上で
は、Ni使用量が多くなり目的である安価材料で資源問
題の解決に対応することができない。
【0015】また、Zn層の厚みについては、0.1μ
m以上が好ましい。0.1μm以下ではFe溶出量の低
減効果が十分でないためである。
【0016】本発明の電池用電極基板は、例えば、多孔
性樹脂芯体上にFe粉末とCo,Cr,Ni,Cuの内
1種以上の金属粉末を含んだスラリーを塗布焼結するこ
とによりFe骨格を形成した後、電気メッキによりNi
被覆層を形成することにより作製することも可能であ
る。また、Fe層表面へのZn皮膜の形成については、
電気Znメッキ等を用いて作製できる。
【0017】また、多孔性樹脂芯体としては、代表的に
はポリウレタン発泡樹脂を用いる。他に樹脂繊維からな
る織布及び不織布を用いることもできる。
【0018】
【発明の実施の形態】
実施例1 ポリウレタンフォームを出発原料として、Fe粉末と不
純物金属粉末の混合粉末を塗布焼結した後Niを電気メ
ッキすることにより表1に示す種々の金属多孔体を得
た。尚、いずれの金属多孔体も厚み1.6mm、面密度
は600g/m2と同一にした。また、長さ100mm,
幅10mmでの電気抵抗の測定結果も合わせて表1に示
す。
【0019】
【表1】
【0020】注)表1の不純物以外にFe中には不可避
的に微量の不純物元素が含まれている。また、No.
6,7は比較例を示す。
【0021】実施例2 実施例1と同様の手順でFe多孔体を得た後、Znを電
気メッキしさらにNiを電気メッキすることで表2に示
す種々のFe/Zn/Niの3層構造よりなる金属多孔
体を得た。尚、いずれの金属多孔体も厚み1.6mm、
面密度は600g/m2と同一にした。また、長さ100
mm,幅10mmでの電気抵抗の測定結果も合わせて表
2に示す。
【0022】
【表2】
【0023】次に、表1,2の金属多孔体を用いてNi
−水素電池のニッケル極を製造した。水酸化ニッケルを
主とする活物質を充填した後表面を平滑化し、その後1
20℃で1時間乾燥した。得られた電極は1トン/cm
2の圧力で加圧して、縦長さ200mm,横幅120m
m、厚さ0.7mmとした。
【0024】このニッケル極それぞれ5枚と相手極とし
て公知のMmNi(ミッシュメタルニッケル)系水素吸
蔵合金極5枚、親水処理ポリプロピレン不織布セパレー
タを用いて角型密閉形ニッケル−水素電池を構成した。
電解液として比重1.3の苛性カリ水溶液に25g/l
の水酸化リチウムを溶解して用いた。表1,2の金属多
孔体のサンプルNoと対応してそれぞれの電池NOを1
B,2B,3B・・・とする。
【0025】また、参考例として従来のNi多孔体によ
るニッケル極を用いた電池も同じ手順で作製した。
【0026】各電池について、室温0.2C放電での利
用率と、満充電した状態で45℃1ヶ月間放置した後の
放電容量を測定し初期容量に対する容量保存率を評価し
た。また500サイクル後の容量維持率も合わせて評価
した。結果を表3に示す。
【0027】
【表3】
【0028】この結果から明らかなように本発明の電池
用電極基板を用いた電池は従来のNi多孔体を用いた電
池(参考例)とほぼ同等の電池性能を示すことが明かで
ある。
【0029】
【発明の効果】安価かつ資源的に豊富なFeを母層とし
その表面にNi耐食膜が被覆された金属多孔体を電池用
電極基板として用いることにより、従来のNi金属多孔
体にくらべ同等の品質で、格段に安価なものを提供でき
ると同時に、将来、電気自動車用などに膨大な需要が予
想されるアルカリ蓄電池における資源問題を解決でき
る。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電池用集電体に用いる活物質保持体であ
    って、気孔率90%以上の連通気孔を有し1cm当たり
    の気孔数が10個以上である金属多孔体構造を有し、多
    孔体の骨格内部を、98%以上の純度を有するFeを主
    成分とし、Co,Cr,Ni,Cuの内少なくとも1種
    以上の不純物金属を1.5wt%以下の濃度で含有して
    いるFe層とし、その最表層部がNiで被覆されている
    ことを特徴とする電池用電極基板。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の金属多孔体構造におい
    て、Fe層の表面にZn層が被覆されており、骨格部の
    金属がFe/Zn/Niの3層構造となっていることを
    特徴とする電池用電極基板。
  3. 【請求項3】 請求項1,2記載のNi被覆層の平均厚
    みが0.1μm以上10μm以下であることを特徴とす
    る電池用電極基板。
  4. 【請求項4】 請求項2記載のZn層の平均厚みが0.
    1μm以上であることを特徴とする電池用電極基板。
JP8003120A 1996-01-11 1996-01-11 電池用電極基板 Pending JPH09190823A (ja)

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